Sonikacja przewyższa inne metody ekstrakcji pod względem szybkości

Szybki przebieg ekstrakcji ultradźwiękowej i wynikająca z niego oszczędność czasu podczas produkcji ekstraktów to jedna z wielu zalet ultradźwiękowej ekstrakcji związków bioaktywnych z roślin. Ekstrakcję ultradźwiękową porównano w badaniach naukowych z alternatywnymi technikami ekstrakcji, takimi jak ekstrakcja nadkrytycznym CO2, maceracja, ekstrakcja pod chłodnicą zwrotną, ekstrakcja Soxhleta czy ekstrakcja mikrofalowa, a wyniki badań dowodzą istotnej przewagi sonikacji pod względem szybkości i uzysku ekstrakcji.

Sonikacja jako szybka metoda ekstrakcji

Ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych jest dobrze znana z wysokich uzysków, wysokiej jakości ekstraktów, krótkiego czasu ekstrakcji, niskiego zużycia energii oraz możliwości stosowania bardzo łagodnych rozpuszczalników. Wszystkie te czynniki przyczyniają się do wyjątkowej ogólnej efektywności ultradźwiękowej ekstrakcji składników bioaktywnych z materiałów roślinnych.
Poniżej przedstawiono wybrane doniesienia z badań naukowych, w których ekstrakcja ultradźwiękowa (również ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami / UAE) została porównana z innymi technikami ekstrakcji, takimi jak maceracja, ekstrakcja Soxhleta, ekstrakcja pod chłodnicą zwrotną, ekstrakcja nadkrytycznym CO₂ oraz ekstrakcja mikrofalowa.

Ekstrakcja ultradźwiękowa przewyższa inne techniki ekstrakcji pod względem szybkości (krótszego czasu trwania), wyższych uzysków i wyższej jakości ekstraktu.

Sonikator UP400St do szybkiej ekstrakcji materiałów roślinnych w trybie wsadowym

Zastosowanie ekstrakcji	Czas ekstrakcji ultradźwiękowej	Czas ekstrakcji metodą alternatywną	Dodatkowe informacje	Źródło
Ekstrakcja antocyjanów z owoców mirtu	5 min	15 min ekstrakcja mikrofalowa	sonikator UP200S	Gonzalez et al., 2019
Ekstrakcja liści boldo	5–30 min	15–90 min maceracja	sonikator UIP1000hdT „Widzimy, że przy sonikacji trwającej od 5 do 30 min uzysk jest równoważny uzyskowi konwencjonalnej maceracji trwającej od 15 do 90 min: UAE wymaga jednej trzeciej czasu potrzebnego do wyekstrahowania rozpuszczalnego materiału z liści podczas konwencjonalnej maceracji.”	Petigny et al., 2013
Ekstrakcja fenoli ogółem i flawonoidów z szałwii	11 min	30 min konwencjonalna ekstrakcja w łaźni wodnej z wytrząsaniem w temperaturze 60ºC	ekstraktory ultradźwiękowe UP100H, UP400S	Dent et al., 2015
Ekstrakcja polifenoli z liści oliwnych	21 min	60min konwencjonalna ekstrakcja pod chłodnicą zwrotną	sonikator UP400S	Dobrinčić et al., 2020
Ekstrakcja bioaktywnych związków fenolowych z liści Malva sylvestris	49 min 48°C przy mocy 110W	5 h ekstrakcja w złożu mieszanym przy 150 rpm	Sonikator UP200S Analiza HPLC wykazała, że stężenie bioaktywnych związków fenolowych wzrosło istotnie (p≺0,05) w optymalnych warunkach UAE .	Bimakr et al., 2017
Ekstrakcja lipidów z nasion beninkazy szorstkiej (Benincasa hispida)	∼36 min	Ekstrakcja nadkrytycznym dwutlenkiem węgla połączona z techniką zmiennego ciśnienia (SCE-PST) (∼50 min), ekstrakcja nadkrytycznym CO₂ (∼97 min) oraz konwencjonalna ekstrakcja Soxhleta (∼360 min)	Porównanie ekstrakcji nadkrytycznym dwutlenkiem węgla (sCO₂), ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE), ekstrakcji nadkrytycznym dwutlenkiem węgla połączonej z techniką zmiennego ciśnienia (SCE-PST) oraz ekstrakcji Soxhleta pokazuje, że UAE jest najbardziej efektywną i najszybszą techniką ekstrakcji.	Bimakr et al. (2015)

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest znacznie bardziej efektywna i szybsza niż alternatywne techniki ekstrakcji, takie jak ekstrakcja nadkrytycznym dwutlenkiem węgla (SCO2) i ekstrakcja Soxhleta.

Porównanie ekstrakcji nadkrytycznym dwutlenkiem węgla (sCO₂), ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami (UAE), ekstrakcji nadkrytycznym dwutlenkiem węgla połączonej z techniką zmiennego ciśnienia (SCE-PST) oraz ekstrakcji Soxhleta pokazuje, że UAE jest najbardziej efektywną i najszybszą techniką ekstrakcji.

Zalety ultradźwiękowej ekstrakcji materiałów roślinnych

Wysoka efektywność ekstrakcji
Wyższe uzyski ekstrakcji
Szybki proces
Niskie temperatury
Przydatność do ekstrakcji związków termolabilnych
Kompatybilność z dowolnym rozpuszczalnikiem
Niskie zużycie energii
Ekologiczna technika ekstrakcji
Łatwa i bezpieczna obsługa
Niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Praca 24/7 w trudnych warunkach eksploatacyjnych

Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe do błyskawicznego wydzielania związków

Najnowocześniejsze urządzenia ultradźwiękowe firmy Hielscher umożliwiają szybką ekstrakcję wysokiej jakości biomolekuł z roślin. Pełna kontrola parametrów procesu, takich jak amplituda, temperatura, ciśnienie i ilość dostarczanej energii, pozwala uzyskać najbardziej efektywne i najłagodniejsze warunki ekstrakcji, zapewniające nieuszkodzone ekstrakty o wysokiej aktywności biologicznej. Parametry ekstrakcji ultradźwiękowej, takie jak wielkość cząstek surowca, rodzaj rozpuszczalnika, stosunek ilości materiału stałego do rozpuszczalnika oraz czas ekstrakcji, można optymalizować w celu osiągnięcia najwyższej efektywności i najlepszych wyników ogólnych. Ponieważ ekstrakcja ultradźwiękowa jest nietermiczną metodą ekstrakcji, można uniknąć termicznej degradacji składników bioaktywnych, co pozwala uzyskać wyższą jakość ekstraktu.
Ogólnie rzecz biorąc, zalety takie jak wysoki uzysk, krótki czas ekstrakcji, niska temperatura ekstrakcji i mniejsze zapotrzebowanie na rozpuszczalniki sprawiają, że sonikacja jest preferowaną metodą ekstrakcji.

Ultradźwiękowa ekstrakcja surowców roślinnych zapewnia wyższe uzyski. Homogenizator Hielscher UIP2000hdT o mocy 2000 watów jest wystarczająco wydajny, aby z łatwością prowadzić ekstrakcję partii o objętości od 10 litrów do 120 litrów.

Porównanie ekstrakcji ultradźwiękowej i mikrofalowej pokazuje, że ekstrakcja antocyjanów z owoców mirtu jest bardziej efektywna przy zastosowaniu sonikacji.

Sonikacja przewyższa ekstrakcję mikrofalową w ekstrakcji antocyjanów z owoców mirtu. Sonikacja jest trzykrotnie szybsza niż ekstrakcja mikrofalowa.

Ultradźwiękowa ekstrakcja fenoli ogółem i flawonoidów z szałwii jest znacznie szybsza niż konwencjonalna ekstrakcja w łaźni wodnej z wytrząsaniem

Porównanie ekstrakcji ultradźwiękowej z konwencjonalną ekstrakcją w łaźni wodnej z wytrząsaniem wykazuje istotne skrócenie czasu ekstrakcji fenoli ogółem i flawonoidów z szałwii przy zastosowaniu ekstrakcji ultradźwiękowej. Ekstrakcja ultradźwiękowa wymaga tylko jednej trzeciej czasu ekstrakcji w łaźni wodnej z wytrząsaniem.

Ekstrakcja ultradźwiękowa: sprawdzona w laboratorium i przemyśle

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana do ekstrakcji wszelkiego rodzaju związków bioaktywnych z materiałów roślinnych, grzybów, glonów, bakterii i komórek ssaków. Ekstrakcja ultradźwiękowa ugruntowała swoją pozycję jako prosta, ekonomiczna i wysoce efektywna metoda, która przewyższa inne tradycyjne techniki ekstrakcji dzięki wyższym uzyskom ekstrakcji i krótszemu czasowi przetwarzania.
Dzięki łatwej dostępności laboratoryjnych, stołowych i w pełni przemysłowych systemów ultradźwiękowych ekstrakcja ultradźwiękowa jest obecnie dobrze ugruntowaną i godną zaufania technologią. Ekstraktory ultradźwiękowe Hielscher są instalowane na całym świecie w przemysłowych zakładach przetwórczych do produkcji związków bioaktywnych o jakości spożywczej i farmaceutycznej.
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:

Objętość wsadu	Natężenie przepływu	Zalecane urządzenia
od 1 do 500mL	od 10 do 200mL/min	UP100H
od 10 do 2000mL	od 20 do 400mL/min	UP200Ht, UP400St
od 0,1 do 20L	od 0,2 do 4L/min	UIP2000hdT
od 10 do 100L	od 2 do 10L/min	UIP4000hdT
nie dotyczy	od 10 do 100L/min	UIP16000
nie dotyczy	większe	zespół urządzeń UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Homogenizatory ultradźwiękowe zapewniające intensywne ścinanie są stosowane w procesach laboratoryjnych, na urządzeniach stołowych oraz w skali pilotażowej i przemysłowej.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji w skali laboratoryjnej, pilotażowej i przemysłowej.

Powiązane tematy

Literatura / Źródła

Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.

Warto wiedzieć

Zasada działania ekstrakcji ultradźwiękowej

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest szeroko stosowaną metodą wydzielania i rozdzielania składników bioaktywnych z materiałów roślinnych. Ponieważ sonikacja jest kompatybilna z każdym rodzajem rozpuszczalnika, proces ekstrakcji ultradźwiękowej można optymalnie zaprojektować z uwzględnieniem związków bioaktywnych (tj. związków docelowych), ich polarności, rozpuszczalności, wrażliwości na ciepło i innych czynników. Dostosowując proces sonikacji specjalnie do określonego związku lub różnych związków, można wybrać najbardziej optymalną konfigurację, aby uzyskać ekstrakt o wyjątkowo wysokiej jakości.
Fale ultradźwiękowe wprowadzane do cieczy lub zawiesiny wywołują intensywne drgania i kawitację akustyczną. Kawitacja akustyczna, zwana również ultradźwiękową, charakteryzuje się lokalnie występującymi niezwykle dużymi różnicami ciśnienia, siłami ścinania i strugami cieczy. Siły te rozrywają ściany komórkowe, rozbijają komórki roślinne i intensyfikują przenoszenie masy między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem. Dzięki temu składniki bioaktywne są efektywnie uwalniane do otaczającego rozpuszczalnika, z którego można łatwo wydzielić i oczyścić cząsteczki docelowe (np. przez odparowanie w wyparce obrotowej, destylację z parą wodną lub HPLC).

Ultradźwiękowe urządzenia do rozbijania komórek są stosowane do ekstrakcji ze źródeł roślinnych (np. roślin, glonów, grzybów)

Ekstrakcja ultradźwiękowa z komórek roślinnych: mikroskopowy przekrój poprzeczny (TS) przedstawia mechanizm działania podczas ekstrakcji ultradźwiękowej z komórek (powiększenie 2000x)
[źródło: Vilkhu et al. 2011]

Wysokowydajna technologia ultradźwiękowa! Oferta produktów Hielscher obejmuje pełne spektrum urządzeń – od kompaktowego sonikatora laboratoryjnego, przez urządzenia stołowe, po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe w rozmiarach od laboratoryjnych po przemysłowe.